ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN

 

Efecto de la inoculación con Bradyrhizobium sp. y de la fertilización nitrogenada en dos variedades de sorgo grano (Sorghum bicolor L. Moench)

 

Effect of the inoculation with Bradyrhizobium sp. and nitrogen fertilization on two grain sorghum (Sorghum bicolor L. Moench) varieties

 

 

C. J. Bécquer, J. A. Nápoles, N. F. Fajardo, L. A. Palmero, U. Ávila, Orquidia Álvarez, Yamilka Ramos, Maribel Quintana, Yaldreisi Galdo y Susana Vega

Estación Experimental de Pastos y Forrajes Sancti Spíritus, Apdo 2228, Zona Postal 1, Sancti Spíritus, Cuba
E-mail: [e-mail]

 

 

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Resumen

Se realizó un experimento de campo para determinar la respuesta de dos variedades de sorgo (CIAP-2E y Sorgo Cebada) a la fertilización química y biológica con rizobios, así como la interacción de los factores estudiados. Se utilizó una cepa aislada de Centrosema plumieri, perteneciente a Bradyrhizobium sp. El diseño experimental fue de parcelas divididas, con tres tratamientos (inoculado, fertilizado y control absoluto), dos subtratamientos (Var. CIAP-2E y Sorgo Cebada) y cuatro réplicas. El tratamiento fertilizado consistió en una aplicación de 150 kg de N/ha (urea) a los 20 días de la siembra. Se observó que el factor tipo de fertilización no influyó por sí solo en los resultados experimentales, sino que interactuó con el factor variedad. Sorgo Cebada inoculado tuvo un rendimiento de 4,09 t/ha y no difirió de Sorgo Cebada fertilizado (3,52 t/ha) y CIAP-2E fertilizado (3,12 t/ha). La variedad CIAP-2E, independientemente del tipo de fertilización, resultó ser agronómicamente promisoria, por sus resultados en el peso de 1 000 granos (27,3 g). Se recomienda inocular con la cepa HG2 los cultivos de Sorgo Cebada y CIAP-2E, en condiciones similares a las del experimento, y profundizar en los estudios fisiológicos de la respuesta de diferentes genotipos de sorgo a la inoculación bacteriana.

Palabras clave: Bradyrhizobium sp., Sorghum bicolor.

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Abstract

A field trial was conducted in order to determine the response of two sorghum varieties (CIAP-2E and Sorgo Cebada) to chemical fertilization and biological fertilization with rhizobia, as well as the interaction of the studied factors. An isolated strain of Centrosema plumieri, belonging to Bradyrhizobium sp., was used. The experimental design was divided plots, with three treatments (inoculated, fertilized and absolute control), two sub-treatments (Var. CIAP-2E and Sorgo Cebada) and four replications. The fertilized treatment consisted in an application of 150 kg N/ha (urea) 20 days after planting. The factor fertilization type was not observed to influence by itself the experimental results; it rather interacted with the factor variety. Inoculated Sorgo Cebada had a yield of 4,09 t/ha and did not differ from fertilized Sorgo Cebada (3,52 t/ha) and fertilized CIAP-2E (3,12 t/ha). The variety CIAP-2E, independently from the fertilization type, turned out to be agronomically promising, for its results in the weight of 1 000 grains (27,3 g). Inoculating with the HG2 strain the crops Sorgo Cebada and CIAP-2E is recommended, under similar conditions as the ones in the trial, and conduct further physiological studies on the response of different sorghum genotypes to bacterial inoculation.

Key words: Bradyrhizobium sp., Sorghum bicolor.

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INTRODUCCIÓN

Las bacterias rizosféricas, promotoras del crecimiento vegetal (PGPR, en inglés), estimulan este indicador al asociarse con las plantas hospederas (Kevin, 2003); ellas representan a una amplia variedad de bacterias presentes en el suelo. El uso de biofertilizantes a base de bacterias rizosféricas y de otros microorganismos benéficos, es un ejemplo de cómo en la agricultura se pueden abaratar los costos y preservar el medio ambiente.

Desde hace tiempo se conoce los beneficios de la inoculación, con rizobios en leguminosas. Sin embargo, el efecto positivo de las bacterias rizosféricas (entre ellas los rizobios) en las gramíneas también es un hecho científico demostrado por diferentes autores (Antoun y Prévost, 2005; Anya et al., 2009), aunque este tema se ha tratado poco en el sorgo. Los estudios han demostrado que la respuesta de los cereales a la inoculación bacteriana depende del genotipo de la planta (Murty y Ladha, 1988), de la cepa de bacteria utilizada y del tipo de suelo (Baldani et al., 1987); así como de las condiciones medioambientales, según Bhattarai y Hess (1993). Estos últimos autores plantean que las cepas procedentes de ecosistemas locales pueden ser seleccionadas para la inoculación de los cultivos, ya que están adaptadas al ambiente y pueden ser más competitivas que las cepas importadas.

Según Ramoa y Sánchez (1998), el sorgo o zahína (Sorghum vulgare o Sorghum bicolor) es una hierba (de la familia Poaceae) que se usa como forraje, y las semillas se utilizan para hacer harina. Se trata como una planta anual, aunque es perenne, y en los trópicos se puede cosechar varias veces al año. Tiene su origen en África del este y primero divergió de las variedades salvajes en Etiopía hace 5 000 años. Se adapta bien en áreas áridas o semiáridas cálidas.

Los antecedentes que existen en Cuba en cuanto a la fertilización del sorgo, se limitan a los informados por el Instituto de Investigaciones de Pastos y Forrajes, el Instituto de Investigaciones del Arroz, el Instituto de Investigaciones Fundamentales en Agricultura Tropical y el Instituto de Investigaciones Hortícolas "Liliana Dimitrova", los cuales coinciden en la aplicación de 140-150 kg de N/ha, 60 kg de P2O5/ha y 60 kg de K2O /ha, sin existir preferencias en cuanto a los portadores (Nápoles, 2006); aunque según Chaviano (2005), el cereal tiene buena respuesta a la fertilización orgánica.

A pesar de que hace algunos años se investiga en diversas instituciones en el extranjero en el tema de la inoculación con rizobios, en especies no pertenecientes a la familia de las leguminosas, en Cuba sólo se cuenta con los resultados previos al presente trabajo, relacionados con la selección de cepas de rizobios nativos de los ecosistemas ganaderos de la provincia Sancti Spiritus, inoculados en la variedad de sorgo ISIAP Dorado (Bécquer et al., 2010).

Es por ello que el objetivo de esta investigación fue determinar la respuesta de dos variedades de sorgo a la aplicación de biofertilizante a base de rizobios y de fertilizante nitrogenado químico, así como la influencia de la variedad vegetal y la interacción de ambos factores en esa respuesta.

 

MATERIALES Y MÉTODOS

Procedencia de la cepa de rizobio. Se utilizó la cepa HG2, aislada de Centrosema plumieri y perteneciente a Bradyrhizobium sp. (Bécquer, 2002). Esta fue una de las cepas con mejor comportamiento en diferentes variables agronómicas, al inocularse en la variedad de sorgo ISIAP Dorado en condiciones de campo (Bécquer et al., 2010).

Variedades de sorgo y procedencia. Se utilizaron las variedades Sorgo Cebada y CIAP-2E, pertenecientes a S. bicolor. Las semillas procedían del banco de la Estación Experimental de Pastos y Forrajes Sancti Spíritus, y están recomendadas para su siembra y utilización en Sancti Spíritus (Nápoles, 2006).

Procedimiento experimental. La cepa creció en medio sólido agarizado levadura-manitol (Vincent, 1970) y se resuspendió en medio líquido levadura-manitol hasta lograr una concentración de células viables de 8 x 1010 UFC/mL (unidad formadora de colonias: UFC); esta concentración máxima de células se alcanzó con el objetivo de asegurar una población bacteriana adecuada durante la siembra. Posteriormente, se añadió el inóculo base a una solución isotónica de agua destilada con 0,9% de NaCl, en proporción de 1:10 hasta llegar a 12 L del inóculo total. La inoculación se realizó en las horas frescas de la mañana, con una mochila de aspersión cuyo surtidor se dirigió al surco, después de tapada la semilla. La reinoculación de los tratamientos se efectuó a los 20 días de la siembra, con un inóculo recién confeccionado que contenía 108 UFC/mL, concentración mínima recomendada para el inoculante líquido a base de rizobios (Hynes et al., 1995), y para su aplicación se utilizó la proporción antes señalada. En este caso, el surtidor de la mochila fue dirigido a la base del tallo de la planta. La forma en que se aplicó el inóculo, al momento de la siembra y a los 20 días, respectivamente, se adecuó más a lo que es factible de realizar en la práctica agrícola, que a la conveniencia científica del método.

El experimento se sembró en la época de lluvia (finales de mayo), con un marco de 50 cm entre surcos (seis surcos por parcela). La siembra se efectuó a chorrillo espaciado, con una dosis de 12 kg/ha. Cada parcela medía 3 m x 5 m. La preparación del suelo fue convencional: rotura, grada, cruce, recruce, grada y surcado. No se aplicó riego. A los 90 días de la siembra se realizó la cosecha de forma manual y se evaluó el experimento (finales de agosto).

El tratamiento fertilizado consistió en una aplicación de 150 kg de N/ha (urea) a los 20 días de la siembra (Nápoles, 2006).

Control de plagas. De manera profiláctica se realizaron tres aplicaciones de Bacillus thuringiensis biovar. 26, a partir de los 15 días de la siembra (cada siete días), a razón de 6,0 L/ha. El biopreparado se aplicó con una mochila de aspersión, cuyo surtidor se dirigió a todas las partes de la planta, con énfasis en la parte foliar; la proporción fue de 1:15 hasta llegar a 16 L de volumen total, con un título inicial de 109 esporas/mL (Anon, 2008).

Diseño experimental. Se realizó un diseño experimental de parcelas divididas (Saint-Macary, 1993), con tres tratamientos: inoculado, fertilizado con nitrógeno (150 kg de N/ha) y control absoluto; dos subtratamientos (variedades CIAP-2E y Sorgo Cebada) y cuatro réplicas. La parcela principal fue el tipo de fertilización, y la subparcela, la variedad vegetal.

Mediciones. Peso seco aéreo (kg/parcela), longitud del tallo (cm), peso de la panoja (kg), rendimiento de grano (g/planta, extrapolado a t/ha), peso de 1 000 granos (g) y número de hojas/planta.

Las muestras se tomaron según la metodología de Saint-Macary (1993), con modificaciones en cuanto al tamaño del área de muestreo de acuerdo con las dimensiones de la parcela. Se evaluaron los cuatro surcos interiores (dos surcos para cada subtratamiento), con un marco de muestreo de 2 m x 4 m.

Procesamiento estadístico. Los datos se analizaron estadísticamente mediante un análisis de varianza univariante y ANOVA bifactorial (paquete estadístico SPSS, versión 15.0 para Windows). Las diferencias entre medias se hallaron por la prueba de Duncan (1955). Se aplicó un análisis de varianza bifactorial para comprobar el efecto de dos factores (variedad y tipo de fertilización: química y biológica), así como un análisis de varianza de un factor al considerar todos los tratamientos y la interacción de los factores. Los datos de la variable con conteo de dígitos (número de hojas por planta) fueron transformados por ?x (Ostle, 1984).

Datos climáticos del período experimental. En la tabla 1 se muestra que en los meses de mayo y julio hubo poca precipitación, a pesar de lo cual no se detectaron consecuencias de estrés hídrico en el cultivo; y aunque este factor no estaba incluido dentro de las variables estudiadas, es importante señalar que el sorgo, a diferencia de otros cereales, ha mostrado ser tolerante a la falta de agua (Nápoles, 2006), por lo cual resulta ventajoso frente a otros cultivos, desde el punto de vista agronómico.

El suelo del área experimental es deficitario en P2O5 (tabla 2), aunque el contenido de K2O y de materia orgánica se encuentra dentro de un rango medio (Hernández et al., 1999). Mantelin y Touraine (2003) señalaron que los rizobios pueden incrementar el acceso de nutrientes a través de la estimulación del sistema de captación de iones de la planta.

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En el rendimiento de grano (tabla 3), la respuesta de CIAP-2E a la inoculación (1,95 t/ha) fue estadísticamente inferior (p<0,01) a la de esta variedad fertilizada con nitrógeno (3,12 t/ha) e igual a los controles absolutos de ambas variedades. Sin embargo, el tratamiento Sorgo Cebada inoculado, cuyo rendimiento fue de 4,09 t/ha, presentó superíndices comunes con Sorgo Cebada fertilizado (3,52 t/ha) y CIAP-2E fertilizado (3,12 t/ha), lo cual puede considerarse un resultado positivo, si se tiene en cuenta que ese tratamiento no recibió fertilización nitrogenada. Además, este tratamiento fue estadísticamente superior (p<0,01) a los controles absolutos (1,83 y 1,78 t/ha), correspondientes a Sorgo Cebada y CIAP-2E, respectivamente. Perrine et al. (2004) encontraron cepas de Rhizobium productoras de altas concentraciones de ácido indol acético que estimularon el crecimiento de semillas de arroz, y su efecto fue similar al ácido indol acético exógeno. Según Salantur et al. (2006) y Matiru y Dakora (2006), el aumento del rendimiento mediante el empleo de bacterias asociativas requiere de las combinaciones más correctas entre los genotipos vegetales y de alguna cepa en específico, por lo que esta premisa se cumplió en el tratamiento Sorgo Cebada inoculado para esta variable.

En el peso seco aéreo (tabla 3), el tratamiento CIAP-2E inoculado (1,74 kg/parcela) presentó superíndices comunes con el control absoluto de esa misma variedad (1,69 kg/parcela), pero mostró superioridad estadística (p<0,01) con respecto a su control fertilizado (1,30 kg/parcela); ello indica que el posible efecto positivo de la cepa nativa que se inoculó fue igualado por el de las comunidades bacterianas nativas de la rizosfera, excepto en el tratamiento fertilizado, ya que está comprobado que la presencia de fertilizantes nitrogenados puede afectar la supervivencia de determinadas bacterias en el suelo (Mehnaz et al., 2010). En ese sentido, se recomiendan otras evaluaciones, de corte microbiológico, para llegar a un criterio conclusivo.

El peso de la panoja (38,78 kg) de CIAP-2E inoculado (tabla 3) demostró superioridad estadística solo con respecto a su control absoluto (23,60 kg); mientras que no difirió de los demás tratamientos dentro de esta variable, incluyendo el control fertilizado de cada variedad. En cuanto a los resultados en Sorgo Cebada, se observó que el tratamiento inoculado presentó valores estadísticamente inferiores (p<0,01) con respecto al fertilizado y no difirió del resto de los tratamientos, incluyendo el control absoluto. El efecto producido por las fitohormonas de diferente naturaleza podría ser la causa principal de estos resultados, aunque hasta el momento no se ha dilucidado lo suficiente acerca del mecanismo de la interacción rizobacteria-planta y su influencia positiva, basado en la producción de sustancias estimuladoras del crecimiento vegetal por las bacterias (Saubidet et al., 2002).

El número de hojas (tabla 3) no mostró diferencias significativas entre los tratamientos, lo cual pudiera deberse a que ambas variedades pertenecen a una especie común (Ramos, Yamilka, comunicación personal).

En el presente experimento el efecto de la cepa en las plantas fue más difícil de analizar, ya que el factor variedad interactuó con el tipo de fertilización, y no se obtuvieron datos de los mecanismos bioquímicos implícitos en dichos procesos. Tanto una variedad como la otra tuvieron respuestas diferentes en sus variables, aunque sobresalió Sorgo Cebada inoculado por su respuesta en el rendimiento de grano. El hecho de que esta variable fuera más favorable a la inoculación, pero que se deprimiera el peso seco aéreo, puede deberse a que los rizobios tienen la facultad de cambiar la estructura radical de la planta, lo que provoca una mejor absorción de los nutrientes y favorece directamente la producción de semillas con relación a otros procesos fisiológicos (Biswas et al., 2000).

Los resultados en la inoculación de las dos variedades no presentaron superioridad estadística con respecto a la fertilización química, excepto en el peso seco aéreo en la variedad CIAP-2E. Por otra parte, en el peso de la panoja (ambas variedades) y en el rendimiento de grano (variedad Sorgo Cebada) los valores de la inoculación y de la fertilización química se igualaron estadísticamente. Desde el punto de vista puramente estadístico este resultado positivo podría carecer de importancia, pero visto desde la práctica agronómica tiene un gran mérito, ya que a pesar de las dificultades ecológicas que presupone la inserción de organismos vivos en los ecosistemas agrícolas, por encontrarse en desventaja con relación a los factores edafoclimáticos y biológicos locales (Prévost et al., 1999), se pueden igualar los rendimientos con los que se obtienen mediante la fertilización química, pero con menos costo económico y ambiental, siempre que se considere un conjunto de factores, entre los que se encuentra el genotipo vegetal.

Las variedades utilizadas en el presente experimento tuvieron respuestas diferentes a la inoculación en cada variable, pero en general se demostró el efecto positivo de la cepa inoculada en las plantas. No obstante, se impone en el futuro una profundización mayor en este tema de estudio, especialmente en la interacción genotipo-ambiente.

En la tabla 4 se muestra la influencia del factor variedad en la longitud del tallo. En este caso, Sorgo Cebada (3,02 cm) presentó valores estadísticamente superiores (p<0,05) a los de la variedad CIAP-2E (1,67 cm). En cuanto al peso de 1 000 granos (tabla 4), CIAP-2E (27,38 g) mostró valores estadísticamente superiores (p<0,05) a los obtenidos por Sorgo Cebada (20,73 g). Esta diferencia entre ambas variables pudiera indicar una influencia marcada de la variedad vegetal en determinadas variables agronómicas de la planta e, indudablemente, le concede un gran valor desde el punto de vista agronómico a la variedad CIAP-2E, ya que su grano alcanzó un mayor peso a pesar de que la planta tenía un menor porte. Pecina-Quintero et al. (2005) consideraron que la respuesta de la planta a la inoculación depende de factores diversos, entre los que se encuentra su genotipo. La mayor variabilidad fue observada en el carácter longitud del tallo, con 30,66%.

Se concluye que el factor tipo de fertilización no influyó por sí solo en los resultados experimentales, sino que interactuó de forma significativa con el factor variedad. Por otra parte, se constató el efecto positivo de la inoculación en las dos variedades de sorgo; Sorgo Cebada se destacó por su respuesta a la inoculación en la variable rendimiento de grano y la variedad CIAP-2E, independientemente del factor tipo de fertilización, resultó ser agronómicamente promisoria por sus resultados en la variable peso de 1 000 granos.

Se recomienda la aplicación de la cepa HG2 de Bradyrhizobium sp. en cultivos de Sorgo Cebada y CIAP-2E, en condiciones similares a las del presente experimento. Además, se debe profundizar en los estudios fisiológicos de la respuesta de diferentes variedades de sorgo a la inoculación bacteriana e incluir el factor estrés hídrico, u otro de tipo ambiental, en futuros experimentos de inoculación de sorgo con rizobios.

 

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Recibido el 31 de mayo del 2011
Aceptado el 15 de septiembre del 2011